JP2011103460A - 半導体ウェハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的硬質且つ剛質なＦＡＰ研磨パッドを使用したＦＡＰ研磨工程の場合、通常使用される研磨機およびウェハ保持システムが一部で不利である。
【解決手段】研磨板１上に固定され、且つ固定砥粒材料を結合して含有する研磨パッド２を用いて半導体ウェハ４の片面を研磨することを含み、その間に、研磨剤が半導体ウェハ４の研磨される側と研磨パッド２との間に導入され、研磨の間、キャリア５上に固定され且つ受け容れられる半導体ウェハ４の大きさの裏張りのある切り抜き部を含む保持システムを用いて、半導体ウェハ４は、研磨されない側による付着力を用いて該切り抜き部内に保持され、且つ、該キャリア５は研磨の間、半導体ウェハ４がその表面の一部で研磨パッド２の表面を超えて一時的に突き出すように導かれる、半導体ウェハ４の研磨方法によって解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの両面研磨方法に関する。

従来技術は、一次研磨（ＤＳＰ工程）として研磨剤の供給を伴う研磨パッドを用い、そうでなければいわゆるヘイズフリー研磨（ＣＭＰ工程、"仕上げ"）として、より柔軟な研磨パッドを使用し、新規のいわゆる"固定砥粒研磨"（ＦＡＰ）技術も使用する（ここでは、半導体ウェハは研磨パッド中に砥粒材料を結合して含有する研磨パッド（"固定砥粒パッド"）上で研磨される）、前面（素子側）のみの仕上げ研磨を用いた、半導体ウェハの両面研磨を開示している。かかるＦＡＰ研磨パッドを使用する研磨工程を、下記で短縮してＦＡＰ工程として示す。

ＷＯ９９／５５４９１号Ａ１は、第一のＦＡＰ研磨工程と、引き続く第二のＣＭＰ研磨工程とを含む、２段階研磨法を記載している。ＣＭＰの場合、研磨パッドは砥粒材料を結合して含有しない。この場合、ＤＳＰ工程の場合と同様に、砥粒材料はスラリーの形態で半導体ウェハと研磨パッドとの間に導入される。かかる二段階研磨法は特に、ＦＡＰ工程によって基板の研磨された表面上に残された擦り傷を除去するために使用される。

ＥＰ１７１７００１号Ａ１は、表面上に形成されるいかなる素子構造もまだ有していない半導体ウェハを研磨する際に、ＦＡＰ工程も使用される事実の一例である。かかる半導体ウェハの研磨の間に、特に平面であり且つ最小の微細粗さおよびナノトポグラフィーを有する少なくとも１つの側方表面を製造することは本質的に重要である。

ＵＳ２００２／００６０９９６７号Ａ１は、電子素子の製造の間に、凹凸表面を平滑化するためのＣＭＰ法に関する。第一の努力は、ＦＡＰ研磨パッドを使用した際の比較的低い除去速度の欠点を軽減するためである。初めに研磨剤スラリーと一緒にＦＡＰパッドを使用し、そして引き続き、研磨剤溶液と一緒にＦＡＰパッドを使用して、研磨を実施する、研磨工程の順序が提案された。この場合、工程の順は狙い通りに除去速度を増加させるために選択される。均質な組成を有する材料で構成されるウェハ、例えばシリコンウェハの研磨は、ここでは開示されていない。

ＷＯ０３／０７４２２８号Ａ１も同様に、電子素子の製造の間、凹凸表面を平滑化するための方法を開示している。この場合、該発明の中心点はＣＭＰ法の終点の認識である。公知の通り、終点の認識は、特に研磨しないつもりの領域が除去される前の適切なタイミングで、研磨、従って材料の除去が終了することを必要とする。この目的のために、銅層を研磨するための二段階法が提案されている。第一の工程において、ＦＡＰ研磨パッドを使用して研磨を実施し、その際、研磨剤は遊離した砥粒粒子を随意に含有するか、または含有しない。第二の研磨工程において、研磨は同様にＦＡＰパッドを使用して実施され、対照的に、遊離した砥粒粒子を有する研磨剤の使用が必須である。

ＤＥ１０２００７０３５２６６号Ａ１は、半導体材料で構成される基板の研磨方法であって、ＦＡＰ型の２つの研磨工程を含み、１つの研磨工程においては、固体としての結合されていない砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが基板と研磨パッドとの間に導入される一方、第二の研磨工程においては研磨剤スラリーが固体を有さない研磨剤溶液で置き換えられる点で異なる、前記方法を記載している。

従来の研磨法、特にＤＳＰ研磨は、望ましくないエッジの対称性、特にいわゆる"エッジロールオフ"をもたらし、即ち、エッジが半導体ウェハの厚さに関して減少する。

原則的に、研磨ヘッドを用いて、半導体ウェハを、研磨されるべきその側方表面で、研磨板上に位置している研磨パッドに押しつける。

研磨ヘッドは、基板を側部で囲み且つ研磨の間にそれが研磨ヘッドを滑り落ちるのを防ぐリテーナリングも含む。従って、研磨の間に、研磨ヘッドからウェハを押すことから生じる横方向の力を防ぐために、ウェハはかかるリテーナリングによって所定の位置に保持されている。それらの装置は様々な特許内に記載されている（ＵＳ６２９３８５０号Ｂ１； ＵＳ６０３３２９２号； ＥＰ１０２９６３３号Ａ１； ＵＳ５９４４５９０号）。

リテーナリングは多かれ少なかれしっかりと研磨パッド上に押しつけられる。

現代の研磨ヘッドにおいて、研磨パッドから離れた半導体ウェハの側方表面は、作用する研磨圧力を伝える弾性のメンブレン上に載置される。該メンブレンは、適宜、細分化された室系の一部であり、ガスまたは液体のクッションを形成できる（メンブレンキャリア、ゾーンキャリア）。

圧力室は好ましくは同心円状あるいは区分けされて配置され、且つ、特定の圧力を互いに別々にそれらに印加できる。研磨圧力は最終的に、圧力を印加される圧力室の弾性の載置部表面を介して支持板の裏面に伝達される。これは例えば、種々に調節可能な圧力プロファイルを有する５つのゾーンのメンブレンキャリアを含む、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．製のマルチプレート研磨機ＡＭＡＴ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎにあてはまる。

ＤＳＰおよびＣＭＰの場合、研磨剤を基板と研磨パッドとの間へ供給し、且つ、研磨ヘッドおよび研磨板を回転させて、基板を研磨する。

整理番号（ｆｉｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）１０２００８０５３６１０．５号を有するドイツ国出願−未公表−は、以下の工程を述べられる順で含む半導体ウェハの両面研磨方法を開示している：
ａ） 研磨パッド内に結合されている砥粒材料を含有する研磨パッド上で半導体ウェハの裏面を研磨する工程、その際、該研磨工程の間、固形物を含まない研磨剤溶液が半導体ウェハの裏面と研磨パッドとの間に導入される；
ｂ） 研磨パッド内に結合されている砥粒材料を含有する研磨パッド上で半導体ウェハの前面を一次研磨する工程、その際、該研磨工程の間、固形物を含まない研磨剤溶液が半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
ｃ） 半導体ウェハの前面を研磨パッド上で研磨することによって半導体ウェハの前面から微細粗さを取り除く工程、その際、該研磨工程の間、砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
ｄ） 半導体ウェハの前面を、研磨パッド中に砥粒材料を結合して含有しない研磨パッド上で研磨することによって半導体ウェハの前面を仕上げ研磨する工程、その際、該研磨工程の間、砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される。

この方法の工程ａ）およびｂ）は、ＦＡＰ研磨工程である。工程ｃ）もまた、ＦＡＰ研磨工程の形態で、即ち固定結合された砥粒を含む研磨パッドを使用して、実施できる。工程ｄ）は典型的なＣＭＰ研磨工程である。この方法は、半導体ウェハのナノトポグラフィーおよびそのエッジ形状を改善することを可能にする。従来技術において提供されるＤＳＰ工程を不要にできる。

ＷＯ９９／５５４９１号Ａ１ ＥＰ１７１７００１号Ａ１ ＵＳ２００２／００６０９９６７号Ａ１ ＷＯ０３／０７４２２８号Ａ１ ＤＥ１０２００７０３５２６６号Ａ１ ＵＳ６２９３８５０号Ｂ１ ＵＳ６０３３２９２号 ＥＰ１０２９６３３号Ａ１ ＵＳ５９４４５９０号 ドイツ国出願整理番号１０２００８０５３６１０．５号

この方法によって研磨される半導体ウェハのエッジ形状におけるさらなる改善のための探求において、発明者らは特に、比較的硬質且つ剛質なＦＡＰ研磨パッドを使用したＦＡＰ研磨工程の場合、通常使用される研磨機およびウェハ保持システムが一部で不利であることがわかった。これは硬質のＦＡＰ研磨パッドはほとんど"曲がらず"、即ち、外側からの圧力（ＡＭＡＴ５−ゾーンキャリアにおける圧力、リテーナリング接触圧力）に対して不充分にしか反応しない事実のせいである。

これが本発明の述べられた課題をもたらす。

該課題は、半導体ウェハの片面研磨のための本発明による第一の方法であって、研磨板上に固定され、且つ固定結合された砥粒材料を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの片面を研磨することを含み、その間に、研磨剤が半導体ウェハの研磨される側と研磨パッドとの間に導入され、研磨の間、キャリア上に固定され且つ受け容れられる半導体ウェハの大きさの裏張りのある切り抜き部を含む保持システムを用いて、半導体ウェハは、研磨されない側の付着力を用いて該切り抜き部内に保持され、且つ、該キャリアは研磨の間、半導体ウェハがその表面の一部で研磨パッドの表面を超えて一時的に突き出すように導かれる、前記方法を用いて解決される。

本発明の課題は、述べられる順で以下の工程：
ａ） 研磨板上に固定され、且つ固定結合されている砥粒材料を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの裏面を研磨する工程、その際、該研磨工程の間、固形物を含まない研磨剤溶液が半導体ウェハの裏面と研磨パッドとの間に導入される；
ｂ） 研磨板上に固定され、且つ固定結合されている砥粒材料を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を一次研磨する工程、その際、該研磨工程の間、固形物を含まない研磨剤溶液が半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
ｃ） 研磨板上に固定された研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を研磨することによって半導体ウェハの前面から微細粗さを取り除く工程、その際、該研磨工程の間、砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
ｄ） 研磨板上に固定され、且つ研磨パッド中に砥粒材料を結合して含有しない研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を研磨することによって半導体ウェハの前面を仕上げ研磨する工程、その際、該研磨工程の間、砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
を含み、
少なくとも工程ａ）〜ｃ）の間、キャリア上に固定され且つ受け容れられる半導体ウェハの大きさの裏張りのある切り抜き部を含む保持システムを用いて、半導体ウェハを、研磨されない側による付着力を用いて該切り抜き部内に保持し、且つ、該キャリアは研磨の間、半導体ウェハがその表面の一部で研磨パッドの表面を超えて一時的に突き出すように導かれる、
半導体ウェハの両面研磨のための本発明による第二の方法を用いて解決される。

半導体ウェハを受け容れるための切り抜き部を有する、かかる保持システムはテンプレートとしても示される。

本発明は、テンプレートおよび加工物のはみ出し（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を有するキャリアシステムを有する研磨機中で固定結合された砥粒を含む研磨パッドを用いた研磨の実施を提供する。

好ましくは、テンプレートにおける切り抜き部は、半導体ウェハが保持され且つ導かれるリングによって境界を定められている。しかしながら、従来のリテーナリングとは対照的に、このリングは接触圧力を用いて研磨パッドに対して押しつけられない。さらには、保持システムは圧力を印加されるいかなる圧力室も含まない。該課題は、かかる保持システムを用いて解決されない。

さらには、半導体ウェハは該保持システム上に接合されず、むしろ付着力によって保持される。

半導体ウェハの、研磨パッドから遠い側が、好ましくは支持パッド上または載置部表面上に保持される。載置部表面を形成するこのパッドはしばしば、バッキングパッドとしても示される。下記の記載中で、この呼称も使用される。従って、半導体ウェハの研磨されない側は、好ましくはテンプレートまたはテンプレート内の切り抜き部の下方表面上に直接載置されず、該テンプレート中の切り抜き部を裏張りしている別個のパッド上に載置される。パッドの代わりに、テンプレート中の切り抜き部の表面も当然、適した材料によって被覆され、従って、この場合、用いられるべき用語はパッドよりもバッキングパッド層である。さらには、テンプレートは１つの材料で構成されてもよく、且つ、テンプレートの表面、特に切り抜き部の表面はそれ相応に加工されてもよく、従って"バッキングパッド"の所望の特性が得られる。従って、テンプレートおよびバッキングパッドは、１つ且つ同一の材料で構成され、且つ一体に形成されてもよい。テンプレートおよびバッキングパッドに適した材料は、下記で説明される。

好ましくは、保持系は、支持板、または平面、凹面または特に好ましくは凸面の形態を有し且つ研磨ヘッドに接続されているキャリアのベースプレート上に固定されている。これは、メンブレンキャリア、ゾーンキャリアが同様にかかる支持板上に適用されている従来技術と比べて差がないことを意味する。支持板全体を、研磨機から容易に取り外すことができ、従って支持板上での保持システムの取り付けを研磨機の外側で実施でき、それは好ましい。支持板はしばしば、"バッキングプレート"としても示される。

呼称"ポケット"もまた、テンプレート中の切り抜き部に対して慣例的である。

従って、切り抜き部の深さはしばしば、ポケット深さとして規定される。それは本質的に、好ましくは切り抜き部を囲んでいるリングの厚さに相当する。

適したテンプレートは、例えばＪＰ２００３１８８１２６号、ＪＰ２００３１８８１２７号、ＵＳ５２６７４１８号およびＵＳ５５４９５１１号内に開示されている。

用途に応じて異なる材料で構成され、且つ、異なる大きさで存在し、且つ、異なるポケット深さを有して装備される片面研磨機用の市販のテンプレートがあり、例えばＺｅｒｏｍｉｃｒｏｎ（登録商標）Ｉｎｃ．製、または、ＰＲ Ｈｏｆｆｍａｎ製、またはＮａｇａｓｅ ＆ Ｃｏ． Ｌｔｄ製である。

例として、エポキシ樹脂強化繊維ガラスから、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からテンプレートを製造することが可能である。

該テンプレートは多孔質または無孔の形態で存在できる。

テンプレートのバッキングパッドまたはテンプレート自身は、好ましくは感圧性接着剤（ＰＳＡ）を含む。

バッキングパッドは好ましくは柔軟な材料、例えばショアＡによる硬度２０〜９０を有するポリウレタンを含む。ＰＳＡ層を前記のポリウレタンに適用できる。

好ましくは、バッキングパッド材料は粘着性および弾性である。

さらには、特にアクリレートまたはポリアクリレート樹脂、アクリルゴム、スチレンベースの樹脂、例えばポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン（ＳＩＳ）ブロックコポリマー、樹脂組成物を有する天然ゴムがバッキングパッド材料として適している。

熱可塑性エラストマー、例えばスチレンブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ（エチレン／ブチレン）−ポリスチレン（Ｓ−ＥＢ−Ｓ）またはＳ−Ｉ−Ｓブロックコポリマー、および極性の親水性樹脂、例えばポリビニルアルキルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリエチルオキサゾリジン、ポリビニルアルコール、またはポリアクリル酸コポリマー、天然樹脂または天然樹脂エステル、または重合された天然樹脂のエステルを含有する混合物がさらに適している。

平坦または粗い表面を有するテンプレートを必要に応じて選択できる。

テンプレートは好ましくはテンプレートの切り抜き部を取り囲み、且つ半導体ウェハを囲むリテーナリングを有する。これは、ＵＳ６２９３８５０号Ｂ１、ＵＳ６０３３２９２号、ＥＰ１０２９６３３号Ａ１またはＵＳ５９４４５９０号内に記載される通り、半導体ウェハを定位置内に保持し、且つ多かれ少なかれしっかりと研磨パッド上に押しつけ、研磨の間に半導体ウェハを研磨ヘッドから押すことから生じる横方向の力を防ぐタイプのリテーナリングを必要とするが、該従来技術におけるリテーナリングの接触圧力の規定はない。

既に上で言及された通り、圧力が印加され、且つ前記の圧力を支持板の裏面に圧力室の弾性の載置部表面を介して伝達する、同心円状または区分けされて配置される圧力室を有するキャリアは使用が許されない。

テンプレートは好ましくは、交換し易いようにキャリアのベースプレート上に固定されている。好ましくは、それはキャリアのベースプレート上に接着力によって結合される。この目的のために、テンプレートは好ましくは自己接着性の層を含む。

該半導体ウェハは、接着力によってバッキングパッド上に保持される。

この場合、使用されるバッキングパッドに依存して、半導体ウェハを上に保持するバッキングパッド表面を加湿しておく必要があることもある。

該バッキングパッドは好ましくは脱イオン水を用いて加湿される。

該バッキングパッドは加湿後、好ましくはブラシを用いて、例えばナイロンで構成されるブラシを用いて処理される。ナイロンはポリアミドで構成される合成繊維の商標である。

ＰＳＡを使用すると、付着力を活性化するためにバッキングパッドを加湿する必要はない。

加工の間、半導体ウェハはその表面の一部で、研磨パッドのエッジを超えて、または研磨板上に固定されている研磨パッドの表面を超えて一時的に突き出す。領域の一部での加工物のこの一時的な突き出しは、"加工物のはみ出し"として示される。

図１は半導体ウェハのはみ出しによって理解されるべきものを図示する。

はみ出し部７は、研磨パッド表面２の幅全体を負荷に供するために、半導体ウェハ４が研磨パッド３のエッジを超えて導かれることを意味する。それによって、磨り減ったエッジの形成を防ぐことができる。

好ましくは、はみ出し量は半導体ウェハの半径の約２０％〜１００％である。

しかしながら、はみ出し部が内側７１上および外側７２上に存在しなければならない絶対的な必要性はない。

半導体ウェハ４は、テンプレート６と共に提供されるキャリア５によって導かれ且つ保持される。

さらには、ＦＡ研磨パッド表面２の面積が、研磨板１の面積と同一である絶対的な必要性はない。

研磨板１は、より大きな面積をとり、且つ研磨パッドを保持するためにはたらいてもよい。

固定結合された砥粒を含有する研磨パッドの使用によって、半導体ウェハと研磨パッドとの間の接触面積、従って、研磨パッドの裏張りのエッジを超える加工物の移動の結果として実効的な加工圧力が変動するので、有利であることが証明されている。さらには、突き出されるウェハの領域は、時々、材料除去工程から引き抜かれる。

突き出しの最大幅は、保持システムの形状の設計によって定められるが、工程中の時間的な持続は運動学的なパラメータによって定められる。

はみ出しと関連して様々なポケット深さが存在できる。

ポケット深さがウェハの厚さよりも小さい場合、用いられる用語はウェハの張り出し部１０（図１Ｂ参照）である；対照的に、それが前記のウェハの厚さ以上である場合、用いられる用語はウェハの凹み部（ｕｎｄｅｒｈａｎｇ）９（図１Ａ参照）である。

はみ出しの発明とテンプレート内の切り抜き部の様々なポケット深さとによる組み合わせを通じて、ウェハエッジ領域における研磨除去に狙い通りに影響し、従って、ウェハエッジの形状における改善をもたらすことが可能である。

本発明による第二の方法の工程ａ）およびｂ）による研磨剤溶液は、最も単純な場合で水、好ましくは半導体産業において使用するために通例の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である。

しかしながら、研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）またはそれらの任意の所望の混合物もまた含有できる。炭酸カリウムの使用は特に好ましい。この場合、研磨剤溶液のｐＨ値は、好ましくは１０〜１２の範囲にあり、且つ、研磨剤溶液中の前記化合物の割合は、好ましくは０．０１〜１０質量％、特に好ましくは０．０１〜０．２質量％である。

研磨剤溶液はさらに、１つまたはそれより多くのさらなる添加剤、例えば表面活性添加剤、例えば湿潤剤および界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、保存剤、殺菌剤、アルコールおよび錯化剤を含有できる。

工程ｂ）とｃ）との間に、好ましくはさらなるＦＡＰ工程を、研磨剤スラリーを使用して工程ｃ）と同様に、しかしＦＡＰパッドを用いて実施する。

本発明による方法の工程ｃ）およびｄ）による研磨剤スラリー中の砥粒材料の割合は、好ましくは０．２５〜２０質量％、特に好ましくは０．２５〜１質量％である。

砥粒材料粒子の粒径分布は、好ましくは単峰性の性質である。

平均粒径は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。

砥粒材料は、基板材料、好ましくは元素のアルミニウム、セリウムまたはシリコンの酸化物の１つまたはそれより多くを機械的に除去する材料を含む。

コロイド状に分散するシリカを含有する研磨剤スラリーが特に好ましい（シリカゾル、表１および関連する記載を参照；"Ｇｌａｎｚｏｘ"）。

研磨剤スラリーのｐＨ値は、好ましくは９〜１１．５の範囲内にあり、且つ、好ましくは添加剤、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）またはそれらの化合物の任意の所望の混合物によって設定される。炭酸カリウムの使用が特に好ましい。

研磨剤スラリーはさらに、１つまたはそれより多くのさらなる添加剤、例えば表面活性添加剤、例えば湿潤剤および界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、保存剤、殺菌剤、アルコールおよび錯化剤を含有できる。

同じ時の前面と裏面との同時研磨（ＤＳＰ）は、本発明の主題ではない。本発明によれば、それぞれの場合、半導体ウェハの片面のみがそれぞれの加工工程において加工される。

さらに、本発明による方法を、シングルプレート研磨機およびマルチプレート研磨機において同等に実施できる。

好ましくは２つの、特に好ましくは３つの研磨板および研磨ヘッドを有するマルチプレート研磨機の使用が好ましい。

この場合、異なる研磨パッドおよび異なる研磨剤も使用できる。

本発明による方法においては、研磨パッド中に砥粒材料を結合して含有する研磨パッド（ＦＡＰまたはＦＡパッド）を、工程ａ）およびｂ）のそれぞれの場合において使用する。

適した砥粒材料は、例えば元素のセリウム、アルミニウム、シリコン、ジルコニウムの酸化物の粒子、および硬質材料、例えばシリコンカーバイド、ホウ素窒化物およびダイヤモンドの粒子を含む。

特に適した研磨パッドは、反復された微細構造によって造形された表面トポグラフィーを有する。それらの微細構造（"ポスト"）は、例えば円筒形または多角形の断面を有する柱の形または錐体または角錐台の形を有する。

かかる研磨パッドのより詳細な記載は、例えばＷＯ９２／１３６８０号Ａ１およびＵＳ２００５／２２７５９０号Ａ１内に含まれている。

研磨パッド内に結合されたセリウム酸化物粒子の使用が特に好ましい（ＵＳ６６０２１１７号Ｂ１も参照）。

ＦＡＰ研磨パッド内に含有される砥粒の平均粒径は好ましくは０．１〜１．０μｍ、特に好ましくは０．１〜０．６μｍ、およびとりわけ好ましくは０．１〜０．２５μｍである。

一次研磨パッドは、好ましくは工程ｃ）において使用される。この目的に適したものは、例として、Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ製のＳＵＢＡ（商標）シリーズからの研磨パッド、例えばＳＵＢＡ（商標）１２５０ （"ストックパッド"）または典型的なＣＭＰ研磨パッド（"仕上げパッド"）、例えばＲｏｄｅｌ（登録商標）製のＳＰＭ３１００である。

しかしながら、本発明による方法の工程ｂ）と同様、ＦＡＰ研磨パッドも必要とされることがある、即ち、研磨パッドは、一次研磨パッドおよびＣＭＰ研磨パッドとは対照的に、砥粒材料を結合して含有する。

従って、加工工程ｂ）およびｃ）において同一の研磨パッドを伴ってもよく、または異なる研磨パッドを使用してもよい。従って、ＦＡＰ研磨パッドを工程ｃ）で使用できる。しかしながら、ＣＭＰ研磨パッドの使用も好ましい。

工程ｄ）において、ＣＭＰ研磨パッド、例えば結合された砥粒を含有しない、Ｒｏｄｅｌ（登録商標）製のＳＰＭ３１００を使用する。工程ｄ）は従来のＣＭＰ研磨工程に相応する。

好ましくは、研磨の最終段階において、基板が研磨板から持ち上がる前に、好ましくは５〜３００秒、研磨圧力を少なくとも１０％低下させ、且つこの低下させた圧力で、研磨板からリフトオフするまで基板を研磨し続ける。

洗浄剤を用い、開孔発泡体を用いて該洗浄剤を研磨パッド上に散布させることによって研磨パッドを洗浄することも同様に好ましい。これは、好ましくはその場で、即ち基板の研磨の間に行なわれる。研磨パッドの掃除は、そこに結合されるいかなる砥粒材料も発泡体が含有しないという事実によって、パッドの調整とは異なる。原理的に、開放セル構造を有する任意の弾性の可塑性のフォーム、例えばポリウレタンフォーム、ポリビニルアルコールフォーム、ポリスチレンフォーム、シリコーンフォーム、エポキシフォーム、ウレア−ホルムアルデヒドフォーム、ポリイミドフォーム、ポリベンズイミダゾールフォーム、フェノール樹脂に基づくフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、ポリアクリルフォーム、ポリエステルフォームおよびビスコースフォームが適している。それぞれの研磨工程において使用される研磨剤は、殊に洗浄剤として適している。

本発明に不可欠なのは、固定された砥粒研磨技術に基づき、加工物のはみ出しと共に、テンプレート保持システムを使用して、ウェハのそれぞれの側（前面または裏面）に対して順次、研磨を適用することである。

それによってウェハエッジは、研磨される半導体ウェハの所望の形状特性を設定するために狙い通りに影響されることができる。２つの研磨工程、即ち、裏面研磨と前面研磨とを互いに調節して、ウェハ形状およびウェハナノトポグラフィーのさらにより狙い通りの影響をこの方法で実施できる。

さらには、かかる順次の研磨がマルチプレート片面研磨機において実施される場合、そのためにはＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製の"Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ"型、またはＰｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ， Ｒｅｎｄｓｂｕｒｇ製の"ＰＷ ３００ Ａｐｏｌｌｏ"型が適しており、例えばその際、上流側の典型的なＤＳＰ研磨を不要にでき、なぜなら、形状決定の研磨とナノトポグラフィー決定の研磨との両方が１つ且つ同一の機械のタイプで完全に実施されるからである。

ウェハ裏面とウェハ前面との両方の研磨を１台の研磨機上で完全に実施する場合、その機械の上または中にウェハを回転するための装置が備えられている。かかる装置はウェハ産業において公知である。

好ましくは、形状測定のための中間工程を、半導体裏面の第一の研磨後に提供する。半導体ウェハ前面の研磨をその後、形状測定に基づいて適合させる。

要約すると、本発明は以下の利点をもたらす：
外側のウェハエッジ領域が狙い通りに影響される。本発明は２ｍｍ以下のエッジのはみ出し部、特に１ｍｍ以下のエッジのはみ出し部の範囲内で局所的な形状の改善をもたらす。

研磨手順を著しく単純化できる。従って、特に直径４５０ｍｍを有する最新世代のウェハについて、本発明による方法は製造コストに関しても同様に著しい利点をもたらす。特に、半導体ウェハの完全な研磨を、組み合わせた研磨法を用いて１つのタイプの研磨機上で実施できる。一次研磨とヘイズフリー研磨との両方を同タイプの研磨機上で実施する。従来、通例であったＤＳＰ工程は不要になる。

テンプレートを有するキャリアの使用および加工物のはみ出しの実現と、剛質、非弾性且つ硬質の研磨パッドの使用との組み合わせが特に有利であることが示されている。

従って、片面研磨、ＦＡ研磨パッド、テンプレートキャリアシステム、および加工物のはみ出しの組み合わせが本発明に不可欠である。

エッジロールオフ、即ち、半導体ウェハのエッジに向かう厚さの減少を低減できる。

下記に存在する全ての研磨方法は、テンプレートを装備された全面のキャリア（メンブレンキャリアはない、マルチゾーンキャリアはない）を使用して実施される。

キャリアベースプレートそれ自身は平面、凸面、または凹面の形状を有してよい。

３−プレート研磨機、例えばＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．製のＡＭＡＴ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎを研磨機として使用する。

Ａ． 加工物のはみ出しを伴う、半導体ウェハ裏面の研磨：
平均粒径０．５μｍの砥粒を有するＦＡ研磨パッドの使用。砥粒を含まない研磨剤、例えば希釈Ｋ₂ＣＯ₃の供給。

半導体ウェハ裏面の第二の部分研磨工程を、同一の研磨パッド上で随意に実施するが、シリカゾル、例えばＧｌａｎｚｏｘ ３９００を供給してウェハ裏面の粗さを狙い通りに設定する。

Ｂ． ３段階での半導体ウェハ前面の研磨：
Ｂ．１． ＦＡＰ研磨パッドを装備されたプレート１、例えばＫ₂ＣＯ₃に基づく希釈アルカリ溶液を供給。

Ｂ．２． 一次研磨パッド（例えばＳｕｂａ１２５０）を装備されたプレート２、砥粒を含有する研磨剤、好ましくはシリカゾルおよびアルカリ溶液を供給。

Ｂ．３． プレート３： 典型的なＣＭＰヘイズフリー研磨、ＣＭＰ研磨パッド（例えばＳＰＭ３１００）およびＣＭＰ研磨剤。

この目的に適したものは、例として、Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ製のＳＵＢＡ（商標）シリーズからの研磨パッド、例えばＳＵＢＡ（商標）１２５０ （"ストックパッド"）または典型的なＣＭＰ研磨パッド（"仕上げパッド"）、例えばＲｏｄｅｌ（登録商標）製のＳＰＭ３１００である。

市販の研磨パッドは、例えばＲｏｄｅｌ Ｉｎｃ．製のＳＰＭ３１００、またはＲｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ製のＤＣＰシリーズのパッド、およびさらにＩＣ１０００（商標）、Ｐｏｌｙｔｅｘ（商標）またはＳＵＢＡ（商標）の銘柄のパッドである。

Ｂ．２．の代替として、半導体ウェハ前面の研磨を、２段階研磨法を用いて実施してよい。この場合、研磨工程Ｂ．２．およびＣＭＰ研磨Ｂ．３．を１つ且つ同一の研磨パッド上で行う。

ＣＭＰ研磨パッドを工程Ｂ．２．およびＢ．３．で使用する場合、以下の手順が好ましい：
工程Ｂ．２．において、より高い固体濃度を有するシリカゾル、例えばＬｅｖａｓｉｌ２００を、１１以上のｐＨ範囲で供給して、より高い除去速度を確実にする。この工程は微細な損傷を除去するためにはたらく。

Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ製の製品ＬＥＶＡＳＩＬ（登録商標）は、二酸化ケイ素粒子のコロイド分散液であり、且つ、タイプによって濃度５０％までが製造され且つ供給される。

ＣＭＰ研磨の間、ｐＨ値１０ないしは最大１１を有する典型的なＣＭＰ研磨剤、例えばＧｌａｎｚｏｘ ３９００を供給する。低い除去速度を有するこの工程はヘイズフリー仕上げで研磨された表面を製造するためにはたらく。

Ｇｌａｎｚｏｘ ３９００は、フジミインコーポレイテッド（日本）によって濃縮物として提供される研磨剤スラリーの商品名である。ｐＨ１０．５を有する濃縮物は、平均粒径３０〜４０ｎｍを有するコロイド状ＳｉＯ₂を約９質量％含有する。

一次研磨パッドを工程Ｂ．２．およびＢ．３．で使用する場合、以下の手順が好ましい：
工程Ｂ．２．において、より高い固体濃度を有するシリカゾル、例えばＬｅｖａｓｉｌ２００を、１１以上のｐＨ範囲で供給する。研磨の持続時間が著しく短縮される。この工程は上昇した除去速度と共に、微細な損傷を除去するためにはたらく。

ＣＭＰ研磨の間、ｐＨ値１０ないしは最大１１を有する典型的なＣＭＰ研磨剤、例えばＧｌａｎｚｏｘ ３９００を供給する。ＣＭＰの間の研磨時間は、より低い除去速度のせいで長くなる。この工程はヘイズフリー仕上げで研磨された表面を製造するためにはたらく。

該方法を、１つ且つ同一の研磨機、ここではＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎタイプ（ＡＭＡＴ社）の３−プレート研磨機上で実現できる。

ＡＭＡＴ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ（３−プレート研磨機）をプレート１上で裏面研磨用に→その後、半導体ウェハを回転→その後、前面の３−プレート研磨（プレート１、プレート２、プレート３）。

プレート１： ＦＡＰ研磨パッド； Ｋ₂ＣＯ₃溶液（希釈）； Ｇｌａｎｚｏｘ ３９００
プレート２： 例えばＳｕｂａ１２５０研磨パッドおよび標準的な除去研磨剤； Ｇｌａｎｚｏｘ ３９００
プレート３： 例えばＳＰＭ３１００研磨パッドおよびＧｌａｎｚｏｘ ３９００

Claims (10)

1. 半導体ウェハの研磨方法であって、研磨板上に固定され、且つ固定結合された砥粒材料を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの片面を研磨することを含み、その間に、研磨剤が半導体ウェハの研磨される側と研磨パッドとの間に導入され、研磨の間、キャリア上に固定され且つ受け容れられる半導体ウェハの大きさの裏張りのある切り抜き部を含む保持システムを用いて、半導体ウェハは、研磨されない側による付着力を用いて該切り抜き部内に保持され、且つ、該キャリアは研磨の間、半導体ウェハがその表面の一部で研磨パッドの表面を超えて一時的に突き出すように導かれる、半導体ウェハの研磨方法。
2. 半導体ウェハの両面研磨方法であって、述べられる順で以下の工程：
   ａ） 研磨板上に固定され、且つ固定結合されている砥粒材料を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの裏面を研磨する工程、その際、該研磨工程の間、固形物を含まない研磨剤溶液が半導体ウェハの裏面と研磨パッドとの間に導入される；
   ｂ） 研磨板上に固定され、且つ固定結合されている砥粒材料を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を一次研磨する工程、その際、該研磨工程の間、固形物を含まない研磨剤溶液が半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
   ｃ） 研磨板上に固定された研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を研磨することによって半導体ウェハの前面から微細粗さを取り除く工程、その際、該研磨工程の間、砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
   ｄ） 研磨板上に固定され、且つ研磨パッド中に砥粒材料を結合して含有しない研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を研磨することによって半導体ウェハの前面を仕上げ研磨する工程、その際、該研磨工程の間、砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される；
   を含み、
   少なくとも工程ａ）〜ｃ）の間、キャリア上に固定され且つ受け容れられる半導体ウェハの大きさの裏張りのある切り抜き部を含む保持システムを用いて、半導体ウェハが、研磨されない側による付着力を用いて該切り抜き部内に保持し、且つ、該キャリアは研磨の間、半導体ウェハがその表面の一部で研磨パッドの表面を超えて一時的に突き出すように導かれる、
   前記方法。
3. 保持システムの切り抜き部がリングによって境界を定められ、該保持システムが圧力を印加できるいかなる圧力室も有さず、且つ、該リングが接触圧力で研磨パッドに対して押しつけられない、請求項１または２に記載の方法。
4. 半導体ウェハの研磨されない側と接触し、且つ半導体ウェハのための載置部表面を構成する、保持システムの切り抜き部の表面が、感圧性接着剤を含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 保持システムの前記載置部表面が柔軟な材料、好ましくはショアＡによる硬度２０〜９０を有するポリウレタンを含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 半導体ウェハが保持システムの切り抜き部内に導入される前に、保持システムの前記載置部表面が加湿される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 半導体ウェハが一時的に、研磨の間、その面積の一部で研磨パッドのエッジを超えて突き出し、研磨の間、研磨パッドの表面全体の総合的な使用を達成する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 砥粒材料を結合して含有する研磨パッドが、工程ｃ）においても同様に使用される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
9. 砥粒材料を結合して含有しない研磨パッドが、工程ｃ）において使用される、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 砥粒含有研磨パッドの砥粒が、元素のセリウム、アルミニウム、シリコンまたはジルコニウムの酸化物の粒子からなる群から選択されるか、または硬質物質、例えばシリコンカーバイド、ホウ素窒化物またはダイヤモンドの粒子を含有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。

Images